陳銀良

（北京市應(yīng)急管理信息中心，北京 100744）

0 引 言

煙花爆竹屬于易燃易爆的危險(xiǎn)物品，做好煙花爆竹安全生產(chǎn)工作，事關(guān)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。近年來，煙花爆竹市場(chǎng)需求量日益增加，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，非法生產(chǎn)、經(jīng)營、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、燃放煙花爆竹的現(xiàn)象明顯增多，并通過非法渠道流入消費(fèi)者手中，對(duì)社會(huì)公共安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，由此引起的事故時(shí)有發(fā)生[2-5]。

做好煙花爆竹流向信息化監(jiān)管工作，建立統(tǒng)一的煙花爆竹流向登記監(jiān)管信息系統(tǒng)，強(qiáng)化對(duì)煙花爆竹各重點(diǎn)環(huán)節(jié)的安全監(jiān)管，是煙花爆竹生產(chǎn)、經(jīng)營、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、燃放的安全生產(chǎn)監(jiān)管需要。

在此背景下，本文從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用角度出發(fā)，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)，并在春節(jié)期間成功應(yīng)用，保障了春節(jié)期間城市的安全運(yùn)行。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 基本思路

本系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路為：針對(duì)煙花爆竹綜合管理所涉及的煙花爆竹流向?qū)崟r(shí)跟蹤管理和煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)獲取電子標(biāo)簽、倉庫溫濕度、倉庫周界報(bào)警，建立煙花爆竹圖像共享管理系統(tǒng)[6]；接入批發(fā)企業(yè)安全生產(chǎn)倉庫視頻圖像和零售單位視頻圖像等相關(guān)感知信息并進(jìn)行智能分析[7]，提高安全監(jiān)管部門對(duì)煙花爆竹存儲(chǔ)、運(yùn)輸和銷售的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力；為監(jiān)管部門開展春節(jié)期間煙花爆竹管理科學(xué)決策提供支撐。

本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)企業(yè)流向管理的現(xiàn)代化，通過RFID（Radio Frequency Identification, RFID）掃描門和掃描槍，快速讀取RFID標(biāo)簽信息，以提高煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及時(shí)準(zhǔn)確。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了煙花爆竹安全生產(chǎn)監(jiān)管向及時(shí)、遠(yuǎn)程和精細(xì)化方向發(fā)展。運(yùn)用本文系統(tǒng)的移動(dòng)執(zhí)法子系統(tǒng)，執(zhí)法檢查時(shí)可直接掃描RFID，讀取煙花爆竹流向信息，可有效遏制了非法煙花爆竹的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售和燃放。該系統(tǒng)的成功運(yùn)用保障了春節(jié)期間城市的安全運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)層次自下而上分為物聯(lián)數(shù)據(jù)接入、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)縣匯聚、政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用支撐、數(shù)據(jù)資源、系統(tǒng)功能和綜合管理。

（1）物聯(lián)數(shù)據(jù)采集煙花爆竹儲(chǔ)存?zhèn)}庫的出入庫流向數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)、周界報(bào)警數(shù)據(jù)、視頻圖像和銷售網(wǎng)點(diǎn)的視頻圖像數(shù)據(jù)，形成煙花爆竹安全監(jiān)管物聯(lián)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)首先接入煙花爆竹批發(fā)企業(yè)，形成批發(fā)單位流向管理系統(tǒng)、批發(fā)倉庫物聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為上層提供物聯(lián)數(shù)據(jù)。

（2）傳感網(wǎng)絡(luò)層利用有線政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、無線物聯(lián)數(shù)據(jù)專網(wǎng)、無線寬帶專網(wǎng)及運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的傳輸[8]。

（3）區(qū)縣匯聚主要是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和視頻數(shù)據(jù)在區(qū)縣安監(jiān)局的落地，為區(qū)縣開展安全監(jiān)管提供數(shù)據(jù)和平臺(tái)。

（4）政務(wù)網(wǎng)絡(luò)主要是指現(xiàn)有的全市統(tǒng)一的政務(wù)外網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)市區(qū)兩級(jí)和各政府部門相關(guān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接。

（5）應(yīng)用支撐主要是利用全市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺(tái)提供的提供編碼賦碼、信息目錄、空間管理、認(rèn)證授權(quán)等基礎(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)信息資源的共享交換，結(jié)合本地地理信息引擎實(shí)現(xiàn)空間地理應(yīng)用。

（6）數(shù)據(jù)資源是指通過數(shù)據(jù)的匯聚和共享交換形成的許可基本信息、流向信息、物聯(lián)監(jiān)控信息、預(yù)警預(yù)報(bào)信息和視頻圖像信息等數(shù)據(jù)資源的存儲(chǔ)和訪問。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（7）系統(tǒng)功能提供基本信息查詢、流向信息管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)回放、報(bào)警信息處理、圖像信息管理、空間地理分析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等基礎(chǔ)功能。

（8）綜合管理層提供系統(tǒng)直接的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括煙花爆竹流向管理、煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、煙花爆竹移動(dòng)執(zhí)法和圖像信息共享管理等，并且通過接口、頁面整合等方式提供給市應(yīng)急辦等與本項(xiàng)目相關(guān)的委辦局應(yīng)用。

1.3 RFID技術(shù)及工作原理

RFID技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能識(shí)別相距幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體，而且可以批量讀取、能識(shí)別靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體[9]。RFID是一項(xiàng)易于操控，簡單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性的應(yīng)用技術(shù)，識(shí)別工作無需人工干預(yù)，支持只讀工作模式和讀/寫工作模式，且無需接觸或瞄準(zhǔn)；可自由工作在各種惡劣環(huán)境下。RFID具備讀取方便快捷、識(shí)別速度快、穿透性和無障礙閱讀、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新、安全性高、小型多樣化等多種優(yōu)勢(shì)，這些獨(dú)特優(yōu)越性是其他識(shí)別技術(shù)無法比擬的。

最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組成[10]。RFID系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面，電子標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理。射頻識(shí)別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對(duì)象，因此可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，典型應(yīng)用包括供應(yīng)鏈與物流管理、郵件和包裹處理、身份識(shí)別、防偽、門禁和防盜系統(tǒng)、物身份標(biāo)識(shí)、空間定位與跟蹤等。

1.4 RFID標(biāo)簽信息編碼規(guī)則

RFID標(biāo)簽信息共96位，分為7個(gè)碼段，具體編碼規(guī)則見表1所列。

表1 RFID標(biāo)簽信息編碼規(guī)則表

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)、煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)。

2.1 煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)

煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)通過電子標(biāo)簽識(shí)讀器對(duì)煙花爆竹的品種、含藥量、級(jí)別以及出入庫時(shí)間信息進(jìn)行讀取、錄入，實(shí)現(xiàn)了對(duì)批發(fā)單位倉庫煙花爆竹期初庫存數(shù)、入庫數(shù)、出庫數(shù)、返庫數(shù)等流向數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)管。系統(tǒng)功能如下：能夠?qū)崟r(shí)掌握批發(fā)單位倉庫中的煙花爆竹庫存數(shù)，監(jiān)管批發(fā)單位是否超量儲(chǔ)存；能夠通過批發(fā)企業(yè)的出庫信息和批發(fā)單位與零售單位的配送關(guān)系，隨時(shí)掌握批發(fā)單位給每個(gè)銷售網(wǎng)點(diǎn)的配送信息；能夠查詢零售單位每批進(jìn)貨量，累計(jì)進(jìn)貨量等信息。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了批發(fā)倉庫存量預(yù)警機(jī)制，能夠通過短信將有關(guān)預(yù)警信息發(fā)給相關(guān)的人員。煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)

2.2 煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分為市區(qū)兩級(jí)系統(tǒng)：批發(fā)單位倉庫溫濕度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、周界報(bào)警數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口直接發(fā)送到市局系統(tǒng)；零售單位視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口發(fā)送到區(qū)系統(tǒng)。市區(qū)兩級(jí)平臺(tái)通過數(shù)據(jù)共享和交換分別存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫中。煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)依托地理信息系統(tǒng)的空間信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可視化，有效地跟蹤流向數(shù)據(jù)和溫濕度傳感數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)，通過地理信息系統(tǒng)直觀的表現(xiàn)方式，能夠快速定位預(yù)警和報(bào)警信息，為事故應(yīng)急處理提供有利支持。通過倉庫溫濕度、周界報(bào)警等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，進(jìn)一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲(chǔ)安全。通過視頻監(jiān)控有效保障了零售網(wǎng)點(diǎn)安全。

2.3 移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)

移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)是在移動(dòng)PC上部署的單機(jī)執(zhí)法檢查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙花爆竹的核查功能，支持執(zhí)法人員手工輸入或與執(zhí)法終端對(duì)接自動(dòng)獲取煙花爆竹的RFID碼，查詢煙花爆竹相關(guān)品名、類型、批發(fā)單位、零售單位等信息，方便執(zhí)法人員進(jìn)行核查，輔助現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與流向監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，保持流向數(shù)據(jù)的及時(shí)更新。移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括RFID掃描終端設(shè)計(jì)和RFID天線門設(shè)計(jì)。

批發(fā)單位采用手持RFID掃描終端、RFID天線門組合方式進(jìn)行煙花爆竹出入庫管理。其中，RFID天線門主要實(shí)現(xiàn)煙花爆竹批量掃描作業(yè)，提高出入庫作業(yè)效率；手持RFID掃描主要是對(duì)沒有通過批量掃描的煙花爆竹進(jìn)行補(bǔ)掃以及庫房的盤庫操作。

3.1 RFID掃描終端

掃描終端主要指標(biāo)如下：

（1）符合標(biāo)準(zhǔn)：ISO14443A/B、ISO15693、ISO18000-6C、6B；

（2）設(shè)備工作頻率：可兼容UHF 頻率920～925 MHz、HF 頻率 13.56 MHz ；

（3）顯示屏：豎屏，至少達(dá)到3.2"，240×320，達(dá)到256K真彩、半穿透半反射型TFT LCD（室外太陽光下可讀）背光可調(diào)；

（4）系統(tǒng)閃存：至少滿足128 MB DDR SDRAM、256 MB NANDFLASH；

（5）鍵盤：標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，左右手皆可操作的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，可單手操作；

（6）天線：HF內(nèi)置天線、UHF圓極化3 dBi天線；

（7）電源接口：主電池滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰聚合物電池，擴(kuò)展手柄電池需滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰電池；

（8）無線通信：支持WiFi無線通信、藍(lán)牙通信2.0（標(biāo)準(zhǔn)配置）、紅外通信（標(biāo)準(zhǔn)配置）、GPRS/CDMA（可選配件，內(nèi)置）、GPS定位功能（可選配件，內(nèi)置）；

（9）數(shù)據(jù)接口：支持10M/100M LAN接口、USB 2.0接口（支持USB OTG）、RS 232接口（可選）；

（10）外部接口：支持1個(gè)耳麥插孔、1個(gè)DC_IN插孔及DC_IN+5 V電源輸入接口；

（11）擴(kuò)展槽口：需包括1個(gè)SD/MMC卡插槽、1個(gè)SAM卡插槽、1個(gè)IC卡插槽；

（12）操作溫度：-20～55 ℃；

（13）存儲(chǔ)溫度：-25～60 ℃；

（14）防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP66；

（15）相對(duì)濕度：5%RH～95%RH。

3.2 RFID天線門

RFID天線門主要指標(biāo)如下：

（1）符合EPC Class 1 Gen 2（ISO 18000-6C），標(biāo)簽緩存大于200個(gè)標(biāo)簽，標(biāo)簽識(shí)讀率大于190標(biāo)簽/s，標(biāo)簽識(shí)讀距離大于6 m；

（2）4個(gè)RF天線；

（3）天線門一對(duì)，含兩個(gè)門，高至少1.8 m；

（4）識(shí)讀器處理器最低配置：Intel IXP420（266 MHz）；

（5）內(nèi)存至少滿足64 MB SDRAM/64 MB FLASH；

（6）工作頻率為865～956 MHz；

（7）天線支持4高性能反向TNC連接器天線端口；

（8）射頻功率至少為30 dBm；

（9）網(wǎng)絡(luò)需支持10/100 Base-T Ethernet（RJ 45），串口為 RS 232（DB9）；

（10）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；

（11）工作溫度為-20～55 ℃；

（12）存儲(chǔ)溫度為-20～85 ℃；

（13）濕度為5%RH～95%RH（non-condensing）；

（14）防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54；

（15）符合中國地區(qū)頻率使用要求，且有國家主管部門的認(rèn)證。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙花爆竹批發(fā)單位倉庫、零售網(wǎng)點(diǎn)的全面監(jiān)控，以及對(duì)煙花爆竹流向的全過程、實(shí)時(shí)監(jiān)管，圓滿完成每年春節(jié)期間煙花爆竹綜合管理的技術(shù)保障任務(wù)。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，全面提升煙花爆竹相關(guān)企業(yè)的管理水平，在落實(shí)企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管主體責(zé)任的同時(shí)，大幅提升政府監(jiān)管和應(yīng)急處置能力。

（1）批發(fā)單位。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)流向管理的現(xiàn)代化，提高了出入庫效率，通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，提高了存儲(chǔ)倉庫的安防能力，主要表現(xiàn)在兩方面：一是電子標(biāo)簽提高了煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及時(shí)準(zhǔn)確；二是倉庫網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控進(jìn)一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲(chǔ)安全。

（2）零售網(wǎng)點(diǎn)。通過視頻監(jiān)控有效保障了網(wǎng)點(diǎn)安全。春節(jié)期間，煙花爆竹零售網(wǎng)點(diǎn)未發(fā)生銷售非法煙花爆竹的情況；也沒有發(fā)生零售網(wǎng)點(diǎn)不安全情況；同時(shí)還協(xié)助公安部分查獲了盜竊等刑事案件。

（3）政府監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了煙花爆竹安全生產(chǎn)監(jiān)管向及時(shí)、遠(yuǎn)程和精細(xì)化方向發(fā)展，有效遏制了非法煙花爆竹的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售和燃放，保障春節(jié)期間城市安全運(yùn)行，主要表現(xiàn)在三方面：一是通過對(duì)接企業(yè)流向系統(tǒng)，有效遏制煙花爆竹超量存儲(chǔ)和超量配送，春節(jié)期間系統(tǒng)發(fā)出了多次存量預(yù)警，通過短信及時(shí)提醒有關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé)人；二是運(yùn)用移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)，在春節(jié)期間開展了多場(chǎng)次的執(zhí)法檢查；三是開展了視頻圖像遠(yuǎn)程監(jiān)管，結(jié)合舉報(bào)投訴，有效防止了煙花爆竹的非法銷售。

（4）城市運(yùn)行和應(yīng)急管理。本系統(tǒng)結(jié)合示范工程的燃放期間噪聲分析、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、燃放指數(shù)預(yù)報(bào)、城市高點(diǎn)視頻監(jiān)控等信息，支撐相關(guān)信息在市應(yīng)急辦展開延伸綜合應(yīng)用，有效提高了公安消防、城管執(zhí)法、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境整治等綜合保障力量的部署與調(diào)度水平，并為相關(guān)監(jiān)管部門開展春節(jié)期間煙花爆竹管理及科學(xué)決策提供支撐。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合實(shí)際需求研究和設(shè)計(jì)了煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙花爆竹批發(fā)單位倉庫、零售網(wǎng)點(diǎn)的全面監(jiān)控，以及對(duì)煙花爆竹流向的全過程、實(shí)時(shí)監(jiān)管，圓滿完成每年春節(jié)期間煙花爆竹綜合管理的技術(shù)保障任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。